專利名稱：超聲換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲換能器。
本發(fā)明特別涉及用于將半導(dǎo)體連焊接于印刷電路板的焊頭的換能器。該焊頭通常向小型元件同時(shí)施加壓力和超聲能量。目前用于超聲換能器的激勵(lì)器的材料是壓電陶瓷。該陶瓷換能器具有劇烈的銳共振和高“Q”。在較窄的工作帶寬內(nèi)，不同諧振模式的耦合會(huì)導(dǎo)致無用振動(dòng)模式所造成的能量損失，并降低了換能器的效率以及穩(wěn)定性。
本發(fā)明的目的在于克服或至少減輕該問題。
根據(jù)本發(fā)明提供一焊頭，用于同時(shí)施加壓力和超聲能量以使小型元件連接在一起，其包括一超聲激勵(lì)器，該超聲激勵(lì)器具有在機(jī)械壓力作用下彼此對(duì)靠在一起的多個(gè)薄壓電晶片，其中至少一個(gè)晶片是陶瓷/聚合物復(fù)合件，該復(fù)合件具有兩個(gè)或更多個(gè)陶瓷部分，它們彼此由一聚合物材料層分隔，該聚合物材料層在平行于晶片厚度方向的短軸的平面內(nèi)延伸。
該陶瓷/聚合物復(fù)合晶片具有一平行于其短軸的中心縱軸，并且聚合物材料分隔各層可在向縱軸輻射的平面內(nèi)延伸。至少一些聚合物材料分隔層可在橫截縱軸的平面內(nèi)延伸。
該晶片最好是圓柱形。
焊頭最好具有四片陶瓷/聚合物復(fù)合晶片。
現(xiàn)在，參照附圖通過實(shí)施例說明本發(fā)明的焊頭。


圖1是一已知焊頭的等角圖；圖2是用于圖1所示焊頭的超聲激勵(lì)器分解視圖；圖3是本發(fā)明焊頭的超聲激勵(lì)器的分解視圖；圖4是用于圖3所示焊頭的陶瓷/聚合物復(fù)合晶片的另一種形式；圖5是用于圖3所示焊頭的陶瓷/聚合物復(fù)合晶片的又一種形式；圖6是用于圖3所示焊頭的陶瓷/聚合物復(fù)合晶片的另一種形式。
參照附圖，圖1和2中，已知的焊頭包括一套筒10和一伸長(zhǎng)桿11。實(shí)際上利用一靠近桿11遠(yuǎn)端的銳頭楔12，將壓力和超聲波能量導(dǎo)至將被機(jī)械連在一起的小型元件。一超聲激勵(lì)器13包括四個(gè)由圓片電極15分隔的圓柱狀陶瓷片14，該圓片電極15與一交流電源相連。陶瓷片14被固定在一螺紋軸16(見圖2)上并且由一螺帽(未示出)相互對(duì)靠。該螺帽實(shí)際上是擰緊的，以使陶瓷片14在焊頭工作時(shí)始終保持壓緊狀態(tài)。
上述焊頭是公知的，并且在實(shí)際中應(yīng)用很廣。但是其缺點(diǎn)已在本說明書中已經(jīng)提到了。這樣的缺點(diǎn)限制了其不能滿足工作，特別限制了與得益于采用高達(dá)125Hz高頻并獲得較高穩(wěn)定性的小型元件的使用，而目前采用的一般頻率為62Hz。
圖3中，本發(fā)明中一種焊頭的超聲激勵(lì)器用四片陶瓷/聚合物復(fù)合晶片17取代了陶瓷片14(圖12)。另外，該超聲波激勵(lì)器與圖2中所示的相同?？梢钥吹矫總€(gè)復(fù)合晶片由多個(gè)相互間由聚合物材料層分隔的陶瓷材料部分組成。這些聚合物薄層在平行于每個(gè)晶片17的短軸或縱向中心軸的平面內(nèi)延伸，并且抑制了不必要模式的振動(dòng)。該每個(gè)晶片層的平面與相鄰晶片內(nèi)的類似平面排成一行。適宜的聚合物由Ciba Specialty Chemicals Limited提供的LW5157樹脂和HY5159硬化劑構(gòu)成。
采用復(fù)合晶片加大了焊頭的工作帶寬，并大大降低圖2所示現(xiàn)有技術(shù)焊頭的寄聲振蕩模式。圖3所示的激勵(lì)器具有一處于工作頻率的無干擾諧振模式，其它模式實(shí)際上被內(nèi)部抑制。圖1中焊頭的電Q通常為990左右，而圖3所示的激勵(lì)器的Q可非常低，為大約200。因此，圖3中換能器的頻率鎖定為更小的臨界值，因而提高了工作穩(wěn)定性。如上所述的包括復(fù)合晶片的焊接換能器能夠表現(xiàn)出一種處于工作頻率的無干擾和較寬帶寬的諧振模式，因而減小了模式耦合，并提高了換能器穩(wěn)定性。
圖4中顯示了另一種形式的復(fù)合晶片18。在該圖中，聚合物薄層從由晶片18中心軸輻射的平面內(nèi)延伸，以將該陶瓷片分成四個(gè)相等的扇形部分。圖5描述了晶片19，一個(gè)復(fù)合晶片19被聚合物層分成八塊相等的扇形部分。在圖6中，復(fù)合晶片20與晶片14(圖3的)類似，不同之處在于復(fù)合晶片20僅有四塊分隔的陶瓷部分，而不是晶片14中的十六塊。
本發(fā)明焊頭的超聲激勵(lì)器可以由如圖3、4、5和6所示的所述復(fù)合晶片構(gòu)成。另外，該復(fù)合晶片可以與如圖1所示的“傳統(tǒng)”晶片14復(fù)合使用，就一切情況而論，一定的改進(jìn)加強(qiáng)了這樣構(gòu)成的超聲焊頭的使用和操作。
盡管所有所述的復(fù)合晶片是圓柱狀的，本發(fā)明的實(shí)施例還可采用其它形狀復(fù)合晶片，包括不規(guī)則的和矩形剖面的復(fù)合晶片。在所有情況下，聚合物層用于將陶瓷部分結(jié)合起來，并抑制干擾(或無用)振動(dòng)模式。
權(quán)利要求
1．一種同時(shí)施加壓力和超聲能量使小型元件焊接在一起的焊頭，包括一超聲激勵(lì)器，具有多個(gè)在機(jī)械壓力下彼此相靠的薄陶瓷片，其中至少一個(gè)陶瓷片是陶瓷/聚合物復(fù)合體，所述陶瓷/聚合物復(fù)合體具有由一聚合物材料層彼此分隔的兩個(gè)或更多個(gè)陶瓷部分，所述聚合物材料層在平行于晶片厚度方向內(nèi)的短軸的一平面內(nèi)延伸。
2．如權(quán)利要求1所述的焊頭，其中，所述陶瓷/聚合物復(fù)合晶片具有一平行于其短軸的中心縱向軸，并且聚合物材料分隔層在向縱軸輻射的平面內(nèi)延伸。
3．如權(quán)利要求1所述的焊頭，其中，所述陶瓷/聚合物復(fù)合晶片具有一平行于其短軸的中心縱向軸，且聚合物材料的至少某些分隔層在橫截所述縱向軸的平面內(nèi)延伸。
4．如權(quán)利要求1所述的焊頭，其中，所述晶片是圓柱形。
5．如權(quán)利要求1所述的焊頭，其具有四片陶瓷/聚合物復(fù)合晶片。
全文摘要
一種同時(shí)施加壓力和超聲能量以使小型元件焊接在一起的焊頭,包括一個(gè)具有由電極15分隔的四個(gè)復(fù)合晶片17的超聲激勵(lì)器。已知的焊頭采用由全陶瓷材料構(gòu)成的晶片。通過采用由所示聚合物層分隔成四個(gè)陶瓷材料扇形部分的晶片17,焊頭具有較寬工作帶寬,并且減少噪聲諧振模式。
文檔編號(hào)B06B1/06GK1286147SQ00118819
公開日2001年3月7日 申請(qǐng)日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月23日
發(fā)明者陳王麗華, 柯少榮, 鄭基駿, 蔡忠龍 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)